Fonte de Heron

Fonte de Heron

Objetivo: Qual é a razão da fonte de Heron funcionar?

Materiais usados

• 3 garrafas PET de 5 litros com tampa;
• 3m de mangueira para aquário;
• 3 tábuas de madeira 20x30cm;
• 2 tábuas retangulares de 116 cm;
• 1 pote de tinta vermelho;
• Canetas hidrocor;
• Martelo;
• Cola quente;
• 9 pregos;
• Tesoura;
• Furadeira (para perfurar tampas das garrafas PET);
• Trena;
• 1 conta-gotas.

Esquema geral de montagem

[pic 1]

1. Montagem do suporte

Em uma das placas de 20x30cm, fizemos dois furos da largura da mangueira com a furadeira. Em seguida colocamos as outras duas placas de 20x30cm em sequência, logo abaixo da placa com furos e fixando com duas tábuas de madeira retangular medindo 116 cm e assim consolidando os pregos nas madeiras utilizando o martelo.

1. Pintura do suporte

1. Corte da mangueira

Cortamos a mangueira em 3 pedaços : um pedaço de 60cm (tubo 3), outro de 100cm (tubo 2) e o terceiro de 140cm (tubo 1), respectivamente.

1. Perfurando as tampas

Usando a furadeira, fizemos dois furos lado a lado, com o diâmetro da mangueira. Mas quando perfuramos a tampa, tivemos bastante cuidado, pois o furo tem que encaixar bem justo para impedir a passagem de ar e água.

1. Colocando as mangueiras na garrafa A

Encaixamos uma das tampas já furadas na garrafa PET vazia (garrafa A) e logo depois colocamos uma das extremidades do tubo 1 nessa garrafa até que ele ficasse bem próximo do fundo. No outro furo colocamos uma das extremidades do tubo 2 somente até que a mesma ultrapasse a linha da tampa. Essa garrafa ficará de pé, na base do suporte.

1. Colocando as mangueiras na garrafa B

Encaixamos outra tampa já furada numa segunda garrafa PET com água (garrafa B), quase cheia e depois encaixamos a outra extremidade do tubo 2 em um dos furos da tampa até que a mesma ultrapasse a linha da tampa. No outro furo coloque uma das extremidades do tubo 3, até bem próximo do fundo da garrafa PET. Essa garrafa ficará na prateleira do meio do suporte.

1. Cortando a última garrafa PET

Usando uma tesoura, cortamos o bico da garrafa PET de 5 litros e logo depois de colocar a tampa furada viramos a garrafa na posição de um funil.

1. Encaixando a garrafa cortada na tábua

Usando a tábua perfurada de 20x30 cm, passamos as mangueiras (ou tubos) 1 e 3 na tábua perfurada ultrapassando juntamente  os furos da garrafa em forma de funil.

1. Vedando as tampas

Utilizando a cola quente, vedamos as tapas junto com as mangueiras para que assim não houvesse nenhuma possibilidade de vazamento de água ou ar.

Contexto e ideias do experimento

O termo hidrostática é a força exercida pelos e sobre os líquidos em repouso, é estudada na física sendo que o seu nome (hidrostática) se refere ao primeiro fluido estudado, a água.

Fluído é toda substância que não possui forma própria, mudando ao ser submetido à ação e pequenas forças. Pode estar tanto no estado líquido como no gasoso.

Para compreender o estudo da hidrostática, é indispensável conhecer e compreender o conceito de pressão, que é a grandeza física determinada pelo resultado da divisão entre uma força aplicada e a área de ação dessa força.

Iremos fazer a explicação do funcionamento deste experimento a dois modos: de como o experimento funciona mecanicamente, dizendo para onde ira a água e por onde que ela vai subir e a segunda parte que é a aplicação das leis físicas vistas na experiência.

Primeiramente, enchemos a garrafa (B) com água até chegar ao topo, enquanto a garrafa (A) vai estar vazia. As garrafas e as tampas estão lacradas, não permitindo a entrada nem a saída de ar. Pegando um recipiente com água e assim jogando no topo da fonte iniciamos o seu processo. O líquido escoa até a garrafa (A) pelo tubo 1 . O líquido que cai na garrafa (A) aumenta a pressão no interior da garrafa, empurrando o ar para cima pelo tubo 2, que ao chegar na garrafa (B) logo acima, causa o aumento da pressão no interior da garrafa (B). Com o aumento da pressão no interior da garrafa (B), o ar empurra o liquido contido nesta garrafa pelo tubo 3, que está ligado ao conta gotas, fazendo a fonte jorrar.

Na aplicação das leis físicas a explicação é muito simples, pois as grandezas físicas são pressão (hidrostática e atmosférica), energia potencial gravitacional (energia que corresponde ao trabalho que a força peso realiza) e energia cinética (energia em movimento).  A energia potencial gravitacional será como ela se relaciona diretamente com a altura do ponto de partida da água situado no topo do sistema para aproveitar uma maior energia potencial enquanto ela esta estagnada na bacia antes de prosseguir no tubo para sua decida. Quando a água começa a descer pela mangueira haverá conversão da energia potencial gravitacional para energia cinética. Chegando a garrafa (A) sua pressão (que é a pressão atmosférica junto com a pressão do líquido que está descendo que é a pressão hidrostática) é maior do que a pressão atmosférica atuando na garrafa obrigando o ar a sair pelo tubo 2 até chegar a garrafa (B) com uma pressão maior do que a atuante na água obrigando-a (água) a sair pelo tubo 3, pois a pressão externa (P.A.) é menor que a interna.

OBS 1: Para que a experiência ficasse mais interessante o grupo decidiu por optar em mudar um pouco o fluido que era somente a água e misturá-la com sal.

RESULTADO: O experimento só com água funcionou perfeitamente, alcançando um nível de 17,4 cm de liquido jorrando. Mas quando misturamos água com sal percebemos uma diferença entre esse nível ficando em apenas 15 cm.

EXPLICAÇÃO: É uma explicação bem simples, pois o que realmente mudou esse nível foi a densidade da substancia do sal. Segundo a teoria explicada em sala de aula, quanto maior for a densidade ,o seu volume será inversamente proporcional a ela. E quanto menor a densidade maior o seu volume. A água possui uma densidade de 1g/cm³, enquanto o sal tem sua densidade de 2,22g/cm³. Por essa razão que quando colocamos sal juntamente com a água o seu nível diminui, pois a densidade desses dois juntos será 1.017 a 1.027g/cm³, maior do que somente com água.

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